基于IIR滤波的垂直速度显示处理系统及方法与流程

本发明属于航空电子系统领域，特别涉及基于iir滤波的垂直速度显示处理系统及方法。

背景技术：

传统的机载机械垂直速度表通过空速管采集气压数据，经传感器转换后在刻度盘上显示，刻度盘上的指针为机械指针，存在着体积大、功能单一、实时性低等缺点。随着机载设备的电子化，刻度盘正逐步被综合显示系统等其他显示设备替代，因此实有必要开发一种新的垂直速度显示处理方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于iir滤波的垂直速度显示处理系统及方法，用以解决现有传统方式中的体积大、功能单一、实时性低的问题。

为实现上述目的，实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理系统，包括气压高度获取模块、iir滤波模块、垂直速度计算模块及平滑显示算法模块，其中气压高度获取模块用以获取气压高度；iir滤波模块使用当前的气压高度作为初始值输入，完成收敛后实时响应后续气压高度变化进行iir滤波处理；垂直速度计算模块利用iir滤波模块输出的稳定气压值根据气压差值和采样周期计算垂直速度；平滑显示算法模块用以模拟机械垂直速度表在不同垂直速度下的力矩变化输出与机械垂直速度表相一致的待显示垂直速度并输出至显示屏显示。

较佳地，气压高度获取模块周期向外部的静压转化器发出大气压数据请求，静压转换器收到请求后将当前大气压力回传给气压高度获取模块，气压高度获取模块根据收到的大气压力换算成气压高度。

较佳地，气压高度获取模块直接从外部的气压高度表得到气压高度。

为实现上述目的，实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理方法，包括如下步骤：

获取气压高度；

对气压高度进行iir滤波；

根据iir滤波模块输出的稳定气压值，根据气压差值和采样周期计算垂直速度；

模拟机械垂直速度表在不同垂直速度下的力矩变化输出与机械垂直速度表相一致的待显示垂直速度并输出至显示屏显示。

较佳地，在获取气压高度的步骤中，如果在外设的静压转化器，则周期地从静压转化器取得当前大气压力，根据收到的大气压力换算成气压高度。

较佳地，在获取气压高度的步骤中，如果有外设的气压高度表，则直接从所述气压高度表得到气压高度。

较佳地，该方法还包括根据机型需求，对iir滤波器系数和平滑显示系数进行调节的步骤。

与现有技术相比较，本发明基于iir滤波的垂直速度显示处理方法采用数字采样、数字处理、数字显示的方式，适应机载航电系统电子化趋势，具有可适配多种气压输入源、响应速度快、显示可综合等特点，适用于多种现代化机型。

【附图说明】

图1为实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理系统的组成方框示意图。

图2为实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理方法的流程示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，为实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理系统的组成方框示意图。实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理系统包括气压高度获取模块、iir滤波模块、垂直速度计算模块及平滑显示算法模块。

其中气压高度获取模块有二种方式取得气压高度，第一种方式是利用外置的静压转化器，气压高度获取模块周期向静压转化器发出大气压数据请求，静压转换器收到请求后将当前大气压力回传给气压高度获取模块，气压高度获取模块根据收到的大气压力换算成气压高度。第二种方式是如果机上设有气压高度表，则直接从气压高度表得到气压高度。

iir滤波模块在上电初始化时，利用当前的气压高度作为初始值输入，迅速完成收敛后，实时响应后续气压高度变化，进行iir滤波处理，在具体实施时可通过调节iir滤波器系数或/及滤波器长度，在实时性和稳定性间平衡。

垂直速度计算模块根据iir滤波模块输出的稳定气压值，根据气压差值和采样周期计算垂直速度。

平滑显示算法模块为机械垂直速度表的数学模型，模拟机械垂直速度表在不同垂直速度下的力矩变化，输出与其一致的待显示垂直速度，最终在显示屏上显示。

在具体实施时，显示器与静压转换器(未图示)间通过航插相连，采用rs232接口。静压转换器与飞机空速管相连，采集飞机外部气压。显示器安装于驾驶舱前面板，便于飞行员实时观察当前垂直速度。气压高度获取模块、iir滤波模块、垂直速度计算模块、平滑显示算法模块的功能均在显示器内部的信号处理板上实现。

请参阅图2所示，为实施本发明的的基于iir滤波的垂直速度显示处理方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤一：获取气压高度。

在机上无气压高度表的情况下，采用静压转换器输出的气压作为数据源，通过静压转换器输出的气压数据计算出气压高度；并且采用询问-回复的通信方式，由中央处理器控制静压转换器的采样速率，如此可根据不同机型需求控制通信速率，同时保证数据的实时性并满足机载总线要求。

如果机上有气压高度表(未图示)，则直接从气压高度表得到气压高度。

步骤二：对气压高度进行iir滤波。在具体实施时，一方面由于传感器本身精度问题，采样后计算得到的气压高度存在较多的高频分量，如果用其直接计算垂直速度，会存在垂直速度急剧变化的情况，反映在垂直速度指针上，垂直速度指针会急剧抖动，因此必须要对输入的气压高度进行滤波平滑。另一方面，当飞机飞行时，垂直速度变化速率快，飞行员对垂直速度实时性要求高，计算出的垂直速度必须能实时反映飞机真实垂直速度，fir滤波器不能够满足实时性要求。本发明采用iir滤波模块，具备收敛速度快、平滑性好等特点，同时，采样非零值初始化方法，利用当前高度值作为初始化值，消除零值初始化带来的收敛时间过长问题和iir滤波器极值点带来的不收敛问题。

步骤三：计算垂直速度，根据iir滤波模块输出的稳定气压值，根据气压差值和采样周期计算垂直速度。

步骤四：平滑显示处理，模拟机械垂直速度表在不同垂直速度下的力矩变化，输出与其一致的待显示垂直速度，最终在显示屏上显示。此步骤通过此步骤可建立与机械表指针物理特性相对应的数学显示模型，用数字化方式模拟机械指针力学模型，使数字化显示的垂直速度指针与机械表指针变化速率一致，保证飞行员由老式的机械表无差别转换为数字化显示垂直速度表。

在具体实施时，可根据机型需求调节iir滤波器系数和平滑显示系数，提供比机械垂直速度表更快的指针灵敏度，满足对垂直速度指示实时性要求更高的使用场景。

与现有技术相比，实施本发明的基于iir滤波的垂直速度显示处理系统采用数字采样、数字处理、数字显示的方式，适应机载航电系统电子化趋势，具有可适配多种气压输入源、响应速度快、显示可综合等特点，适用于多种现代化机型。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明揭示了一种基于IIR滤波的垂直速度显示处理系统包括气压高度获取模块、IIR滤波模块、垂直速度计算模块及平滑显示算法模块，其中气压高度获取模块用以获取气压高度；IIR滤波模块使用当前气压高度作为初始值输入，完成收敛后实时响应后续气压高度变化进行IIR滤波处理；垂直速度计算模块利用IIR滤波模块输出的稳定气压值根据气压差值和采样周期计算垂直速度；平滑显示算法模块用以模拟机械垂直速度表在不同垂直速度下的力矩变化输出与机械垂直速度表相一致的待显示垂直速度并输出至显示屏显示。

技术研发人员：葛成;袁远;曾旭曈;吴春阳;蒋兴城;朱楠
受保护的技术使用者：中国航空无线电电子研究所
技术研发日：2019.01.29
技术公布日：2019.06.14